NB-IoT Series Protocol--3GPP--Release 16--TS 45.820--Low Throughput Internet of Things (CIoT)

1 Introduction

Machine-to-machine (M2M) communication provides an important growth opportunity for the 3GPP ecosystem. Supporting the so-called "Internet of Things" (Internet of Things), 3GPP operators solve the usage scenarios and equipment energy efficiency (several years of battery life), which can achieve challenges such as indoor basements and coverage conditions, and more importantly, it is cheap enough so that they It can be deployed on a large scale or even once.
The research based on this technical report not only considers the possibility of developing the current GERAN system, but also considers the design of a new access system to meet the requirements of the cellular IoT system for low data rate terminals in the M2M market.

2. Abbreviations

abbreviation	Full name
ACK	Acknowledgement
BLER	Block Error Rate
BS	Base Station
Stump	Cellular Internet of Things
CN	Core Network
CoAP	Constrained Application Protocol
CP	Cyclic Prefix
DL	Downlink
DSP	Digital Signal Processing
DTLS	Datagram Transport Layer Security
GWCN	Gateway Core Network
IC	Integrated Circuit
IP	Internet Protocol
IoT	Internet of Things
LDO	Low Differential Output
MAC	Medium Access Control
MCL	Maximum Coupling Loss
MOCN	Multi-Operator Core Network
MTC	Machine Type Communications
OFDMA	Orthogonal Frequency Domain Multiple Access
PA	Power Amplifier
PBCH	Physical Broadcast Channel
PCB	Printed Circuit Board
PCID	Physical Cell ID
PDCCH	Physical Downlink Control Channel
PDSCH	Physical Downlink Shared Channel
DUST	Physical Random Access Channel
PSCH	Physical Synchronization Channel
PSS	Power Saving State
PUCCH	Physical Uplink Control Channel
PUSCH	Physical Uplink Shared Channel
RAM	Random Access Memory
VEGETABLE	Routing Area Update
RF	Radio Frequency
RTC	Real Time Clock
Rx	Receive
SAP	Service Access Point
SC-FDMA	Single Carrier Frequency Domain Multiple Access
SINR	Signal to Interference Plus Noise Ratio
SMS	Short Message Service
SNDCP	Subnetwork Dependent Convergence Protocol
TAU	Tracking Area Update
TCXO	Temperature Compensated Crystal Oscillator
TPSK	Tone-Phase-Shift-Keying
TU	Typical Urban
Tx	Transmit
UDP	User Datagram Protocol
UL	Uplink

3.目标

3.1 性能目标

3.1.1 提高室内覆盖

许多应用程序需要在室内部署机器类型通信(MTC)设备，例如在公寓的地下室，或在可能接近地面层的室内设备上。这有效地意味着室内覆盖应该是容易获得和可靠的。与商业上可用的传统GPRS(非EGPRS)设备相比，它应该有可能达到20db的扩展覆盖。假设制程的遗产GPRS(非EGPRS)是144,0分贝(见附件B)。扩展覆盖应该允许交付的数据速率至少160个基点的上行和下行(相当于)服务访问点(SAP)相当于子网融合协议(SNDCP)层的依赖。

3.1.2 支持大量的低吞吐量设备

一个能够支持大量设备的系统，每个设备生成少量的数据是必需的。在小区水平上，预计每个小区的每户可拥有多达40个MTC设备。

3.1.3 降低复杂性

M2M应用程序需要非常便宜的设备(以便它们可以大规模部署或以一次性方式部署)。这项研究应该考虑到MTC器件的吞吐量要求非常有限，可能不需要支持电路交换服务来开发能够显著降低复杂性和成本的技术。

3.1.4 提高功率效率

电子设备的功耗与遗产GPRS(非EGPRS)应该降低，这样他们就可以有多达十年电池寿命的电池容量5 Wh(瓦特时)，即使在不利的地区覆盖条件下，20 dB覆盖在遗留GPRS可能需要扩展。

3.1.5 延迟

M2M设备通常支持放宽延迟特性，在评估例如系统容量时可以将其考虑在内。
某些应用(例如警报)可能需要一个合理严格的延迟配置文件。对于支持此类应用程序的设备，从应用程序“触发事件”到准备好从基站向核心网络传输的数据包之间的上行，延迟要求为10秒是合适的。

3.2 兼容性目标

3.2.1 共存性

蜂窝物联网系统应避免对部署在同一频带的旧GSM/WCDMA/LTE系统的负面影响，并遵守适用于系统运行频带的监管要求。

3.2.2 实施对基站的影响

应尽量减少对GPRS/EDGE基站硬件的影响。

3.2.3 实施对移动电台的影响

蜂窝物联网的移动站不需要与传统GPRS网络兼容。

4.评价方法

4.1 改善覆盖率评估方法

最大耦合损耗(MCL)被用作覆盖性能的度量。候选解决方案的覆盖性能为具有有限MCL的逻辑信道的覆盖性能。

4.2 能力评价方法

4.2.1 一般方法

容量度量定义为报告数/200 kHz/小时的光谱效率。应该为每个候选解决方案定义最小系统带宽，并假设任意容量下的系统带宽。性能评估也应该声明。

4.2.2 基于MS生成的用户数据进行容量评估

通过运行带有移动自主报告(MAR)周期性流量模型和网络命令流量模型的系统级模拟来评估容量度量。

4.2.3 基于软件更新/重构模型的容量分析

软件更新/重新配置模型用于运行独立系统级模拟，以了解此类流量对系统容量的影响。

4.3 延迟评价方法

4.3.1 概述

预期在蜂窝物联网上支持的应用程序通常预期具有延迟容忍度，这种宽松的延迟要求应用于具有超低复杂度和扩展覆盖(在建设中)的系统设计中。然而，理解移动自主报告异常报告系统中预期的延迟范围仍然很重要，该异常报告可能由需要近实时交付的报警类型应用程序生成。

4.3.2 分析计算MAR异常上行报告的延迟

基于异常报告流量在系统中会有优先级的假设，在GPRS参考MCL+0dB、GPRS参考MCL+ 10db和候选技术最大可实现的覆盖条件下，使用分析方法(即使用消息序列图计算延迟)。

4.3.3 对MAR生成的上行报告的延迟评估

延迟评估是基于MAR周期模型进行的，这是系统级模拟的一部分，用于系统容量评估。MAR UL定期报告的延迟定义如下:
-延迟排除了读取SI所需的时间(因为这通常不是必需的)。
-延迟包括UE与网络同步的时间(参见子条款5.6)。
-延迟包括从设备访问尝试到基站成功接收到UL应用层有效负载的时间。
-在这种情况下没有特定的延迟要求。

4.3.4 对上行生成的MAR定期报告的下行应用层ACKs的延迟评估

延迟分析了应用层DL ACK的上行报告由3月定期生成模型作为系统级模拟系统容量评估延迟测量从一个应用程序层DL收到ACK的基站(从应用程序服务器),直到时间当设备已经成功接收到应用程序层DL ACK。在这种情况下，没有特定的延迟要求。

4.3.5 网络同步时间

网络同步被定义为GSM的FCCH+SCH捕获的等价物。网络同步评估与一个(等效)BCCH载波初始小区搜索和小区重新确认。假设广播载波的时间未知，均匀分布进行初始小区搜索。网络同步将评估在一个耦合损失144 dB, 154 dB，和MCL为候选提案。网络同步不需要额外的MCL裕量。提供网络同步的检测率(%)和假检测率(%)。提供网络同步后的同步时间、频率精度和时间精度。

4.3.6 随机存取延迟

随机访问延迟定义为从设备应用程序触发第一个访问请求到从该设备的角度解决占用的时间。来自系统级仿真的随机访问时延将作为两种建筑物渗透损耗部署场景和已达成协议的流量模型的访问时延的CDF呈现。每个场景中失败的随机访问尝试的百分比(不包括在CDF中)将被声明。在候选技术的MCL上给出了接入信道的假检出率(%)。

4.4 能源消耗评价方法

能源消耗分析的目的是计算一个MTC装置的可实现的电池寿命使用一个特定的候选解决方案。假设电池容量为5 Wh，而不考虑电池泄漏影响，因为这取决于电池技术。

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